JPH07100219B2 - 薄板製造装置 - Google Patents

薄板製造装置

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JPH07100219B2
JPH07100219B2 JP29717387A JP29717387A JPH07100219B2 JP H07100219 B2 JPH07100219 B2 JP H07100219B2 JP 29717387 A JP29717387 A JP 29717387A JP 29717387 A JP29717387 A JP 29717387A JP H07100219 B2 JPH07100219 B2 JP H07100219B2
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信広 田添
博之 佐藤
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石川島播磨重工業株式会社
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22DCASTING OF METALS; CASTING OF OTHER SUBSTANCES BY THE SAME PROCESSES OR DEVICES
    • B22D11/00Continuous casting of metals, i.e. casting in indefinite lengths
    • B22D11/10Supplying or treating molten metal
    • B22D11/11Treating the molten metal
    • B22D11/112Treating the molten metal by accelerated cooling

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、薄板製造装置に関するものである。
[従来の技術] 従来の薄板製造装置を第7図により説明すると、内部冷
却されている二つのロール1,2を水平に配設し、該ロー
ル1,2上にバレルシール板とサイドシール板で囲まれた
容器3を設け、容器3内に溶湯4を供給すると共にロー
ル1,2を図中矢印bで示すように互いに対向部を下向き
に回転し、溶湯4をロール1,2で冷却してロール1,2表面
に凝固殻5を形成して、表面に凝固殻5を形成しつつあ
る溶湯4をロール1,2の回転によりロール1,2間から引出
しその後徐々に凝固殻5を成長させて薄板6を製造して
いた。
しかし上記の薄板製造装置では、溶湯4は粘性が低いた
め、ロール1,2と容器3の間aに入り込んで外部へ漏れ
たり、或いはロール1,2と容器3の間に入り込んだ溶湯
4が凝固してできたバリがはがれてロール1,2間の凝固
殻5を形成しつつある溶湯4内に入り込み、凝固殻5の
生長を悪化し且つ不均一にさせて、凝固殻5が途中で切
れてしまういわゆるブレイクアウトを起こしたり或いは
製造された薄板6の強度が弱くなる原因となっていた。
又、ロール1,2と容器3の間aに羊頭4が入り込むこと
により容器3の損傷を引起していた。
そこで斯かる問題点を解決するために近年、第8図に示
すように、容器3内部にロール1,2の軸線方向に延びる
多角形状の攪拌棒7を図示しない駆動装置によって回転
自在に設け、容器3の外側を囲むように冷却媒体を流通
させる冷却管から成る冷却装置8を配設して、容器3内
に供給された溶湯を冷却装置8を用いて固液共存温度域
まで冷却し、次に攪拌棒7を回転させ固液共存温度域ま
で冷却された溶湯に機械的攪拌を与えて微細結晶粒を含
む粘性の高い半凝固スラリーを形成した後、該半凝固ス
ラリーを前記と同様にロール1,2間で冷却し薄板6を製
造するようにして、粘性の高い半凝固スラリーが容器3
とロール1,2の間に入り込むことを防止し、外部への半
凝固スラリーのもれをなくし、又強度が高く良質な薄板
6を製造すると共に、容器3の破損等を防止し得る薄板
製造装置が提案されている。
[発明が解決しようとする問題点] しかしながら、上記した薄板製造装置では、例えば、溶
湯を固液共存温度域まで冷却するのに容器3の外側に冷
却装置8を設けているため容器3の中心部にまで冷却が
行き届かないので冷却能力が低く、従って溶湯の冷却速
度が遅かった。このように溶湯の冷却速度が遅い状況下
で半凝固スラリーを形成すると、形成される半凝固スラ
リー中の微細結晶粒の粒径が例えば数十ミクロン以上と
大きくなり、製造された薄板の強度が充分に向上しなか
った。
本発明は、上述の実情に鑑み、冷却能力を高めることに
より充分に強度の高い薄板を製造し得るようにした薄板
製造装置を提供することを目的とするものである。
[問題点を解決するための手段] 本発明は、攪拌装置の外側に該攪拌装置内部の溶湯を固
液共存温度域まで冷却する冷却装置を設け、前記攪拌装
置の内部に溶湯を固液共存温度域まで冷却すると共に冷
却された溶湯を機械的に攪拌して半凝固スラリーを形成
する回転自在な攪拌棒を取付け、前記冷却装置及び攪拌
棒のそれぞれに冷却媒体の供給量を調節する調節弁を取
付け、前記攪拌装置の下流に内部冷却し得るようにした
一対の無端状の移動鋳型を配設し、又、前記攪拌装置に
攪拌装置内部の温度を検出する温度検出器を設け該温度
検出器からの温度を入力して前記冷却装置及び攪拌棒の
必要冷却量を求め前記各調節弁に指令を送る演算器を設
け、薄板製造装置としたものである。
[作用] 従って、本発明では、冷却装置と攪拌棒の両方を用いて
攪拌装置内外から溶湯の冷却を行うので、冷却能力が高
くなり即ち溶湯の冷却速度が速められて、形成された半
凝固スラリーに含まれる微細結晶粒径は小さくなるた
め、強度の高い薄板を製造することができる。
[実 施 例] 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。
第1図乃至第4図は本発明の一実施例の説明図である。
タンディッシュ9の下流に攪拌装置10を設け、タンディ
ッシュ9と攪拌装置10を真空チャンバ11内に収納すると
共に、攪拌装置10の下流に内部冷却可能な一対の無端状
の移動鋳型、例えばロール1,2を水平に配設する。
前記攪拌装置10は、水平に二つの円筒状の攪拌室12,13
を形成するケーシング14を有し、該ケーシング14の攪拌
室12,13のそれぞれに攪拌室12,13の軸線方向に延びる内
部冷却可能な攪拌棒15,16を回転自在に設け、攪拌室12,
13の下流中間部に仕切板17及び熱電対対の非接触式の温
度検出器18を設け、ケーシング14の外側に調節弁19及び
供給管20を介して供給される冷却媒体を流通させる冷却
管から成る冷却装置21を配設している。(第1図) 前記攪拌棒15,16は、軸部39,40を軸受41,42を介して薄
板製造装置のハウジング或いは真空チャンバ11の外壁に
回転自在に支承すると共に、攪拌装置10と軸部39,40と
の貫通部をシール43,44により溶湯もれをシールし、軸
部39,40の一端側に、給排口を有し且つ軸線方向に延び
て内部を往復する複数の冷却孔45,46を設け、軸部39,40
の一端にロータリージョイント47,48を取付けて調節弁4
9,50及び供給管51,52並に前記ロータリージョイント47,
48を介して冷却媒体を冷却孔45,46に流通させるように
している。又、軸部39,40の他端をカップリング53,54を
介して減速器55に接続する。該減速器55にカップリング
56を介してモータ57等の駆動装置を接続する。(第2
図、第3図) 又、前記ロール1は、軸部22を軸受23を用いて回転自在
に支承し、該軸受23を真空チャンバ11と一体のハウジン
グ24に取付け、ガタ殺し用のスプリング25で固定する。
前記ロール2は軸部26を軸受27を用いて回転自在に支承
し、該軸受27を前記ハウジング24に形成した水平方向に
延びる長穴28にスライド可能に取付け、軸受27のロール
1と反対側に荷重計29a,29b(荷重計に代えて電流計を
後述の駆動装置或いは攪拌棒15,16のモータ57等の駆動
装置に設けるようにしても良いが以後荷重計として説明
する)を取付け、該荷重計29a,29bと軸受27をロッドが
水平方向に延びるシリンダ30でロール1と反対側から押
さえ付けると共にロール1側からガタ殺し用のスプリン
グ31で固定する。
前記ロール1,2は図示しない駆動装置に接続し回転駆動
されるようになっている。(第4図) 更に、前記荷重計29a,29bが検出したロール2に掛かる
荷重P1,P2を入力して両者を加算し或いは平均値を取っ
て圧延荷重を求める加算器32を設け、加算器32からの圧
延荷重と前記温度検出器18からの攪拌装置10内温度を入
力して両者から固相率を求める第1の演算器33を設け、
演算器33からの固相率と温度検出器18からの温度を入力
して両者から攪拌棒15,16及び冷却装置21の必要冷却量
を求める第2の演算器34を設け、演算器34からの必要冷
却量と設定器35からの冷却量の設定値を入力して両者の
偏差を取り該偏差分だけ前記設定値を修正した冷却量を
信号として調節弁19に指令する減算器36を設け、同様に
第2の演算器34からの必要冷却量と設定器37からの冷却
量の設定値を入力して両者の偏差を取り該偏差分だけ前
記設定値を修正した冷却量を信号Mとして調節弁49,50
に指令する減算器38を設ける。(第1図) 尚、58はタンディッシュ9に溶湯4を供給するため真空
チャンバ11内に搬入し得るようにしたレードル、59は微
細結晶粒、60は半凝固スラリーである。
薄板6を製造する場合には、真空チャンバ11内を真空排
気した後、レードル58からタンディッシュ9に溶湯4を
供給し、又、攪拌棒15,16を内部冷却しつつ図中矢印c
で示すように互いに対向部を上向きに回転し且つ冷却装
置21の冷却管に冷却媒体を供給して攪拌室12,13内部を
溶湯4が固液共存する温度域まで冷却するようにし、更
にロール1,2を内部冷却しつつ図中矢印dで示すように
互いに対向部を下向きに回転する。
レードル58からタンディッシュ9に供給された溶湯4は
タンディッシュ9内に一部が滞溜すると共に一定量が攪
拌装置10に供給される。攪拌装置10に供給された溶湯4
は攪拌棒15,16の回転により図中矢印eで示すように攪
拌室12,13内部を導かれ固液共存温度域まで冷却されて
固体結晶のほぼ規則的な骨組構造からなるデンドライト
形態となり、更に攪拌棒15,16で機械的に攪拌されるこ
とによりデンドライト形態が破壊されて均質変形の可能
な微細結晶粒59を含む粘性及び表面張力の大きい半凝固
スラリー60となりその後仕切り板17により導かれてロー
ル1,2間に供給される。ロール1,2間に供給された半凝固
スラリー60はロール1,2により冷却されてロール1,2表面
に凝固殻5を形成し、表面に凝固殻5を形成した半凝固
スラリー60はロール1,2の回転によりロール1,2間から引
出され、その後均一に凝固殻5を生長して行き、又、微
細結晶粒59を中心に内部からも凝固して行き強度が高く
均質な薄板6となる。
又、真空チャンバ11を設けてタンディッシュ9及び攪拌
装置10を空気から隔離することにより、薄板6内に酸素
が溶存せず、より高品質で強度の高い薄板6を製造し得
る。
このように、溶湯4を半凝固スラリー60にして薄板6を
製造すると、高強度の薄板6が得られることが確認され
ている。
このとき、冷却装置21を用いて攪拌室12,13の外側から
のみ冷却を行うと、攪拌室12,13の中心部にまで冷却が
行き届かず、全体として溶湯4の冷却速度は遅くなって
しまう。溶湯4の冷却速度が遅い状況下で半凝固スラリ
ー60を形成すると、形成される半凝固スラリー60に含ま
れる微細結晶粒59の粒径が数十ミクロン以上と大きくな
ってしまい、製造される薄板6の強度が充分に向上しな
い。
上記のような薄板6の不充分な強度の向上を解消するた
め攪拌棒15,16及び冷却装置21を用いて攪拌室12,13内外
から同時に溶湯4の冷却を行い、しかも攪拌棒15,16及
び冷却装置21の冷却量を次のように制御する。
即ち、薄板製造装置の起動時には、設定器35,37にそれ
ぞれ運転状況に応じた冷却装置21及び攪拌棒15,16の冷
却量を設定値として入力して該設定値の信号を減算器3
6,38を介して調節弁19及び49,50に入力することにより
設定値どうりの冷却量で攪拌装置10及び攪拌棒15,16を
冷却させる。
それ以降は、半凝固スラリー60の固相率が増大すると、
半凝固スラリー60の粘性が高くなり流動性が悪化してロ
ール1,2間の圧延荷重が増大し、反対に前記固相率が減
少すると、半凝固スラリー60の粘性が低くなり流動性が
良好となってロール1,2間の圧延荷重が減少することを
利用し、荷重計29a,29bで検出したロール2に掛る荷重P
1,P2を加算器32に送り、加算器32はP1,P2から圧延荷重
を計算して演算器33に送り、演算器33は加算器32からの
圧延荷重と温度検出器18からの攪拌装置10内の温度を入
力して第5図のT1,T2,T3等の各温度に応じた圧延荷重と
固相率との関係を表わす線図に示されるデータ等に基い
て固相率を求め、演算器34は演算器33からの固相率と温
度検出器18からの温度を入力して第6図のT1,T2,T3等の
各温度に応じた固相率と必要冷却量との関係を表わす線
図に示されるデータ等に基き、固相率に応じて或いは固
相率の変化に応じて、溶湯4を或いは形成されつつある
半凝固スラリー60を常に最適温度とすることにより、所
望の粒径の微細結晶粒59を得るための冷却装置21及び攪
拌棒15,16の必要冷却量を求め、減算器36は演算器34か
らの必要冷却量と設計器35からの冷却量の設定値を入力
して両者の偏差を取り該偏差分だけ前記設定値を修正し
た冷却装置21の冷却量を信号として調節弁19に指令を送
り、調節弁19は該指令を受けて開度を変更し供給管20を
介して冷却装置21の冷却量を変更し、同様に減算器38は
演算器34からの必要冷却量と設定器37からの冷却量の設
定値を入力して両者の偏差を取り該偏差分だけ前記設定
値を修正した攪拌棒15,16の冷却量を信号Mとして調節
弁49,50に指令を送り、調節弁49,50は該指令を受けて開
度を変更し供給管51,52を介して攪拌棒15,16の冷却量を
変更する。
このように攪拌棒15,16及び冷却装置21を用いて攪拌室1
2,13の内外から同時に溶湯4或いは形成されつつある半
凝固スラリー60の冷却を行うようにしたことにより冷却
能力が倍増し、溶湯4等の冷却速度が速くなるので、形
成される半凝固スラリー60の粒径が極端に小さくなり、
従って強度の高い薄板6を製造することができる。又、
冷却装置21及び攪拌棒15,16の冷却量を制御することに
より、半凝固スラリー60の固相率に対して温度が低い場
合には冷却量を少なくして半凝固スラリー60の温度を最
適温度まで上げ、半凝固スラリー60の固相率に対して温
度が高い場合には冷却量を多くして半凝固スラリー60の
温度を最適温度まで下げることができるので、固相率が
変化した場合でも常に半凝固スラリー60の温度を最適温
度に保つことが可能となり、粒径の小さい微細結晶粒59
を含む半凝固スラリー60が安定して形成され、従って常
に強度の高い薄板6が製造できる。
尚、本発明は上述の実施例に限定されるものではなく、
攪拌装置は必ずしもタンディッシュと別個に設ける必要
はなくタンディッシュ或いはバレルシール板とサイドシ
ール板から成る容器内に攪拌棒及び冷却装置を設け攪拌
装置を兼ねるようにしても良いこと、ロールに代えて無
端状に連ねたブロック鋳型及びスチールベルトからなる
移動鋳型を使用し得ること、前記した如く固相率は荷重
計を設けてロールに掛る圧延荷重を基に求めるようにす
る代りに電流計を設けてロールに掛る回転抵抗即ちロー
ルの駆動電流を基に求めるように或いは同様の理由から
攪拌棒の駆動電流を基に求めるようにし得ること、その
他本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変更を加え得
ることは勿論である。
[発明の効果] 上記したように、本発明の薄板製造装置によれば、冷却
装置と攪拌棒を用いて攪拌装置の内外から溶湯を冷却す
るようにしたので、冷却能力が高まり、粒径の小さい微
細結晶粒を含む半凝固スラリーを形成し得る等の優れた
効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の説明図、第2図は第1図の
II−II矢視図、第3図は攪拌棒の縦断面の説明図、第4
図は第1図のIV−IV矢視図、第5図は温度に応じた圧延
荷重と固相率の関係を表わす線図、第6図は温度に応じ
た固相率と必要冷却量の関係を表わす線図、第7図は従
来例の説明図、第8図は他の従来例の説明図である。 図中1,2はロール、4は溶湯、5は凝固殻、6は薄板、
9はタンディッシュ、10は攪拌装置、15,16は攪拌棒、1
8は温度検出器、19,49,50は調節弁、21は冷却装置、29
a,29bは荷重計、32は加算器、33,34は演算器、35,37は
設定器、36,38は減算器、45,46は冷却孔、59は微細結晶
粒、60は半凝固スラリーを示す。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】攪拌装置の外側に該攪拌装置内部の溶湯を
    固液共存温度域まで冷却する冷却装置を設け、前記攪拌
    装置の内部に溶湯を固液共存温度域まで冷却すると共に
    冷却された溶湯を機械的に攪拌して半凝固スラリーを形
    成する回転自在な攪拌棒を取付け、前記冷却装置及び攪
    拌棒のそれぞれに冷却媒体の供給量を調節する調節弁を
    取付け、前記攪拌装置の下流に内部冷却し得るようにし
    た一対の無端状の移動鋳型を配設し、又、前記攪拌装置
    に撹拌装置内部の温度を検出する温度検出器を設け、該
    温度検出器からの温度を入力して前記冷却装置及び攪拌
    棒の必要冷却量を求め前記各調節弁に指令を送る演算器
    を設けたことを特徴とする薄板製造装置。
  2. 【請求項2】攪拌装置の外側に該攪拌装置内部の溶湯を
    固液共存温度域まで冷却する冷却装置を設け、前記攪拌
    装置の内部に溶湯を固液共存温度域まで冷却すると共に
    冷却された溶湯を機械的に攪拌して半凝固スラリーを形
    成する回転自在な攪拌棒を取付け、前記冷却装置及び攪
    拌棒のそれぞれに冷却媒体の供給量を調節する調節弁を
    取付け、前記攪拌装置の下流に内部冷却し得るようにし
    た一対の無端状の移動鋳型を配設し、又、前記攪拌装置
    に攪拌装置内部の温度を検出する温度検出器を設け、前
    記移動鋳型に圧延荷重を検出する荷重計を或いは前記移
    動鋳型又は攪拌棒の一方に駆動電流を検出する電流計を
    接続し、更に前記荷重計或いは電流計からの圧延荷重或
    いは駆動電流と温度検出器からの温度を入力して半凝固
    スラリーの固相率を求める第1の演算器と、該演算器か
    らの固相率と前記温度検出器からの温度を入力して前記
    冷却装置及び攪拌棒の必要冷却量を求め前記各調節弁に
    指令を送る第2の演算器を設けたことを特徴とする薄板
    製造装置。
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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